第十九章 铁路工程测量
19-1概述
一, 铁路工程的一般知识
(一 ) 线路
1 路基,轨道的基础, 包括路基本体, 排水设备和防
护加固建筑物等 。
2 轨道,包括钢轨, 轨枕, 道床, 连接零件, 防爬设
备, 附属设备和道岔等
(二 ) 桥梁
桥梁是铁路线路跨越河流, 渠道, 山谷或公路铁路交
通线时的主要建筑 。
1 桥梁的种类
按桥梁的结构类型分为,① 梁式桥; ② 拱桥; ③ 刚架
桥; ④ 斜拉桥 。
2 桥梁结构
桥梁结构分为上部结构和下部结构 。 上部结构是桥台
以上各部分的总称, 也叫桥跨结构, 一般包括梁, 拱, 桥
面和支座等;下部结构包括桥墩, 桥台和它们的基础 。 此
外, 桥头锥体防护建筑也属于桥梁范围 。
3 桥梁基础
(三 ) 涵洞
涵洞是当线路跨过较小的溪流或水渠时, 设置在路基
下的过水构筑物 。
(四 ) 隧道
隧道是在山区修建铁路时从山体中凿出的一个地下通
道, 使线路能比较直顺而平缓地通过 。 隧道一般由以下几
部分组成,(1) 洞身; (2) 衬砌; (3) 洞门 。
二, 铁路建设的基本程序
铁路建设的基本程序可划分为三个大的阶段:第一阶
段为前期工作, 以可行性研究为核心, 确定建设规模和概
算;第二阶段为设计施工的基本建设阶段, 是测量工作的
主要集中阶段, 包括初步设计和施工设计;第三阶段为验
收通车与投资效果反馈的投产阶段 。
三, 铁路工程建设中的测量工作
勘测设计阶段是测量工作最集中的时期, 有草测, 初测和定测
等不同阶段的工作 。 草测时要进行视距导线和小比例尺的地形测绘 。
初测在初步设计阶段以前进行, 包括插大旗, 导线测量, 高程测量
和地形测量 。 初测目前较多采用航测方法测绘地形图, 有时也采用
地面摄影测量方法 。 定测在施工设计前进行, 包括交点放线, 中线
测设 (直线和曲线测设 ),纵断面测量和横断面测量等 。 勘测设计阶
段的测量任务由设计部门负责 。
施工阶段的首项工作是进行交桩和复测 。 路基施工前要进行路
基边桩的放样 。 在施工过程中要随时进行中线和高程方面的检测 。
对于大型桥隧工程, 施工前需作施工控制网 。 施工阶段的测量主要
由承担工程的工程局负责 。
验收阶段的测量任务是进行贯通全线的竣工测量, 辅助验收部门检
查施工质量, 提交施工成果图纸资料等 。
运营阶段经常需要进行线路的维修和改扩建, 也需要一系列的
测量, 包括既有线路的详细测量和施工放样等, 与新建铁路设计施
工阶段测量任务一样, 只是其集中程度不同 。
19-2 铁路初测中的测量工作
一, 铁路初测中的大旗组
插大旗具有双重任务:一方面要选定线路的基本走向,
另一方面又要选出导线点的位置 。
二, 铁路初测中的导线测量
(一 ) 布设导线的基本要求
初测导线是测绘线路带状地形图和定测放线的基础 。
导线布设应首先满足这两项基本要求, 同时还要便于导线
本身的测角和量边 。
(二 ) 导线测量方法
水平角测量主要应用 J2和 J6经纬仪, 测量一个测回 。
边长测量应用光电测距仪往返测量各一测回, 每测回读数
两次 。
(三 ) 导线的检核
,铁路测量技术规程, 规定在导线的起讫点以及导线
中间, 与国家平面控制点或同等精度的其他平面控制点不
远于 30 km时应联测 。 联测可采用后方交会, 前方交会或
侧方交会等方法 。 线路测量的平面坐标很难完全采用国家
统一坐标, 因为采用统一坐标的投影, 使导线长度产生变
形, 而采用实际长度更切合工程设计的使用 。 联测计算导
线总闭合差时须进行投影换算 。 计算导线总闭合差时应将
导线测量成果改化到大地水准面和高斯平面上去 。 最后用
经过改化的坐标增量来计算导线的闭合差 。
当附合导线两端点的已知控制点不在同一投影带时, 应先
将邻带的控制点换算到同一带, 然后再进行计算 。
(四 ) 导线点的展绘
三, 铁路初测中的水准测量
在铁路初测阶段所进行的水准测量任务有两类:一是
沿线建立高程控制点, 为地形测量和以后定测, 施工测量,
竣工测量等服务;二是测定导线点的高程 。 初测中的水准
测量按五等 ( 等外水准 ) 的要求进行 。
水准测量在铁路测量中习惯上称做, 抄平, 。 根据工
作目的和精度的不同, 水准测量又分为水准点高程测量
( 通称基平, 即水准基点的抄平 ) 和中桩高程测量 ( 通称
中平, 即中线桩的抄平 ) 。
(一 ) 基平
基平的任务是在沿线附近建立水准点并测定其高程 。
水准路线应起始并闭合于国家水准控制点上, 线路较长时
应与国家水准点联测 。
(二 ) 中平
中平在初测中的任务是测定导线点的高程 。 中桩高程
测量采用单程水准路线, 附合于水准基点 。 在地形起伏较
大的地段, 可采用三角高程测量 。
四, 铁路初测中的地形测量
铁路初测中的地形测量是测量沿线带状地形图, 作为
线路设计和方案比较的依据 。 比例尺一般为 1∶ 2000,地
形简单的地区可用 1∶ 5000,地形复杂的地区使用 1∶ 1000。
测量宽度, 在平坦地区为每侧 200 300 m,丘陵地区为
150~ 200 m。 测量方法同一般地形测量的碎部测量 。
19-3 铁路定线测量
定线测量的任务是把图纸上设计好的线路中心线 (即
纸上定线 )或在野外实地选定的线路中心线 (即现地定线 )
的位置在地面上标定出来, 也就是要把确定线路各直线段
的控制点和交点测设到地面 。
一, 穿线法放线
穿线法放线就是先根据控制导线测设出线路直线上必
要的转点, 然后用经纬仪检查这些标定点是否在一条直线
上, 并延长相邻两直线得到直线的交点, 从而达到定线的
目的 。
(一 ) 放线的步骤
(1) 室内选点 。 (2) 计算标定要素 。 (3) 现场放线 。
(4) 穿线 。 (5) 确定交点 。
(二 ) 穿线法放线的特点
(1) 每一条直线是根据初测的导线独立放出的, 一条
直线的误差不会影响到下一条直线, 测量误差不会积累,
精度比较均匀 。
(2) 适用于地形起伏较大, 直线端点通视不良的地段 。
(3) 要求设计路线与初测导线相距较近, 如很远, 将
影响放线精度和效率 。
(4) 步骤多, 工序较复杂, 工效较低 。
二, 拨角法放线
拨角法放线是根据纸上定线先计算出各交点的转向角
和相邻交点间的距离, 然后在野外按照标定要素依次测设
各交点 。 图中 C1,C2,… 为初测导线点, A,B,C为纸上
定线的各直线交点 。 其测设的步骤为,
(1) 计算标定要素 β C1, S0, β A, S1, α 1,
S2, α 2等 。
(2) 现场放线 。 首先根据标定要素定出线路交点 A;
然后在 A点设站, 根据标定要素得到交点 B,同时测设直线
上的中线桩, 转点桩等;接下来将仪器搬到 B点, 根据标
定要素得到交点 C点, 如此继续下去 。
(3) 连续测设 3 5 km后与初测导线附合一次, 进行
检查 。
三, 中线测设
中线测设的任务是把线路中线的位置在地面上详细标
定出来 。 在地面上标定线路是用一系列木桩钉在中心线上,
这些桩称为中线桩 (简称中桩 )。 中桩除了标定线路的平面
位置外, 还标记着线路的里程 。 所谓里程是指从线路起点
到该桩点的距离, 通常用 3+492.17这种形式表示该点里程
为 3492.17m。
直线段的中桩测设方法是, 将测距仪设在直线段起始
控制点, 瞄准直线另一端的控制点, 然后在二者中间每隔
一定距离标定中桩位置 。
19-4 曲线测设
在线路转向处 (两条直线相交处 )应设置平面曲线 。 线
路的平面曲线有圆曲线, 缓和曲线和回头曲线等 。 圆曲线
又分为单曲线和复曲线两种 。 在变坡点处, 必须用曲线连
接不同坡度, 此种曲线称为竖曲线 。
一, 圆曲线的测设
圆曲线测设分两步, 首先测设曲线的主点, 即直圆点
(ZY),曲线中点 (QZ)和圆直点 (YZ)。 然后进行曲线的详细
测设, 即在曲线上每相距 10m或 20m测设一个曲线桩 。
(一 ) 圆曲线主点标定要素及其计算
圆曲线的半径 R,线路转向角 α, 切线长 T,曲线长 L、
外矢距 E0及切曲差 q等称为圆曲线的标定要素 。
(二 ) 圆曲线主点里程的计算
(三 ) 主点测设
测设主点时, 在转向点 JD安置经纬仪, 顺次瞄准两切
线方向, 沿切线方向丈量切线长 T,标定曲线的起点 ZY和
终点 YZ。 然后再照准 ZY点, 测设 (180° -α )/2角, 得分角
线方向 JD桻 QZ,沿此方向丈量外矢距E0, 即得曲线中
点 QZ。
19-5线路纵横断面图的测绘
一, 线路纵断面的测绘
线路纵断面测绘的任务是沿着地面上已经定出的线路
测出所有中线桩的高程, 并根据测得的高程和各桩的里程
绘制线路的纵断面图, 为线路纵断面设计服务, 以确定线
路的坡度, 路基的标高和填挖高度以及沿线桥梁隧道的位
置等 。
线路纵断面测量从初测建立的水准基点起, 用水准测
量方法测量 。 线路纵断面图以线路的里程为横坐标, 中桩
的高程为纵坐标 。 横坐标的比例尺一般为 1∶ 10000或
1∶ 5000,高程比例尺为 1∶ 1000或 1∶ 500。 按线路前进方
向自左向右绘制 。
二, 线路横断面图的测绘
横断面方向在直线地段与线路方向垂直;在曲线地段
与各点的切线方向垂直 。
(1) 经纬仪测量横断面 。 将仪器置于中线上, 读取中
线桩两侧地形变化点的视距和竖直角, 计算出各点相对于
中线桩的水平距离和高差 。
(2) 水准仪测量横断面 。 先用方向架定出横断面方向,
用皮尺丈量横断面上的各特征点至中线桩的距离, 再测出
其高差 。
横断面图一般是绘制在毫米方格纸上 。 为了便于计算
面积和设计路基断面, 其水平距离和高程采用同一比例尺,
通常是 1∶ 200。
19-6 线路施工测量
一, 线路施工的复测
(一 ) 复测步骤
首先, 检查相邻两转向点间的中线桩是否在同一直线
上;第二, 复测转向角, 丈量切线长;第三, 复测曲线桩;
最后, 复测固定桩间距, 丈量线路实际长度 。
(二 ) 复测精度要求
(三 ) 中线固定桩的保护
二, 路基的施工放样
路基施工放样就是在线路中线桩两侧垂直线路的方向上,
用边桩或边坡样板等, 标出路堤的坡脚位置和路堑的坡顶
位置 。
(一 ) 直接丈量法
根据横断面设计图中的尺寸, 直接在工地上量出路肩,
坡脚, 排水沟等各特征点至中线桩的距离, 定出边桩位置 。
(二 ) 逐渐接近法
通过计算来放边桩, 是目前工地上最常用的方法, 尤
其适合于地形复杂的地区 。
(三 ) 平行线法
三, 竣工测量
竣工测量的任务是最后确定线路中线位置, 供铺轨之
用, 并检查路基施工质量是否符合设计要求 。 竣工测量包
括中线测量, 中平测量和横断面测量 。
19-7桥梁测量
一, 桥梁勘测
(一 ) 桥梁勘测的目的和任务
桥梁勘测的目的是为选择桥址和设计工作提供地形和
水文资料 。 桥梁勘测的主要任务包括,(1) 桥渡线跨河长
度测量; (2) 桥址纵断面测量; (3) 地面地形测量; (4)
水下地形测量; (5) 水文断面和流速测量; (6) 洪水位和
水面比降测量等 。
(二 ) 水下地形测量
水下地形测量中平面测量的方法主要有断面法和交会
法 。
断面法适用于流速较慢的河流 。
交会法则适用于水流较急的河流 。
水下地形测量中高程测量分两步, 首先测量水面高程,
然后测量水深 。 常用的水深测量工具有测深杆, 测深锤或
回声测深仪等 。
(三 ) 水文断面和流速测量
水文断面应设在河道顺直, 河滩较窄, 河床稳定且靠
近桥轴线的位置, 断面与水流方向垂直 。 测量流速的仪器
有浮标和流速仪等 。
(四 ) 洪水位和水面比降测量
水面比降也称水面坡度, 等于同一瞬间两处水面高程
之差与两处的距离之比 。 沿水流方向的比降称纵比降, 垂
直于水流方向的比降称横比降 。 水面比降随水位变化而变
化, 水位低时比降小, 水位高则比降大 。 测量水面比降要
在不同的水位进行 。
二, 桥梁施工测量
(一 ) 桥轴线及控制桩的测设
测设时, 首先在线路中线上, 依桥位桩号准确地标出
桥台和桥墩的中心桩 ①, ②, ③, 在河道两岸测设桥位控
制桩 F1,F2,F3,F4。 然后分别在 ①, ②, ③ 点上安置经
纬仪, 测设桥台和桥墩的中心线, 并在两侧各设两个以上
控制桩, 如 ① 1,① 2,① 3,① 4等等 。 如果 ①, ②, ③ 等
桥台, 桥墩中心不能安置仪器, 则可在两岸先布设控制点,
然后用交会法定出各轴线 。
(二 ) 基础施工测量
根据桥台和桥墩的中心线, 标出基坑的开挖边界线 。
基坑上口的尺寸, 应依坑深, 坡度, 土质情况和施工方法
而定 。 当基坑挖到一定深度以后, 应在坑壁上设置水平桩 。
水平桩距基坑设计底面为 1m,作为控制挖深和基础施工中
掌握高程的依据 。
(三 ) 墩, 台顶部施工测量
为控制桥墩台的砌筑高度, 当桥墩台砌筑到一定高度
时, 应根据水准点在墩台的每侧测设一条距顶部一定高度
的水平线 。 在墩帽, 顶帽施工时, 则应用水准仪依水准点
控制其高程, 使其误差在 ± 10mm以内;用经纬仪依中线
桩检查墩台的两个方向的中线位置, 其偏差应在 ± 10mm
以内;用钢尺检查墩, 台间距, 相对误差应小于 1/5000。